Zakon porazdelitve pri metodi ekstrakcije. Osnovne zakonitosti in kvantitativne značilnosti ekstrakcije

Če vzamete dve nemešljivi tekočini in dodate tretjo komponento, se bo ta v različnih stopnjah raztopila v obeh topilih. Ko se vzpostavi ravnotežje, bo koncentracijsko razmerje nastalih raztopin konstantno pri določeni temperaturi

= K, to je izraz Nernstovega porazdelitvenega zakona, kjer je

Koncentracije tretje komponente v fazah I in II;

K - porazdelitveni koeficient.

Če topljenec disociira ali asociira v enem od topil, ima Nernstova enačba obliko:

Najti Kip vzemite logaritem enačbe in dobite enačbo premice

S konstruiranjem premice v koordinatah , poiščimo " p» kot tangens naklonskega kota premice (za katerikoli dve točki, ki ležita na premici) tga =

InK lahko najdete iz enačbe tako, da vanjo nadomestite vrednosti katere koli točke na črti.

Ta zakon je osnova postopka ekstrakcije. Ekstrakcija je odstranitev komponente iz ene faze v drugo. Ekstrakcija se zgodi trdna faza- ekstrakcijo snovi iz trdne faze v tekočino (npr. kuhanje čaja, kave, priprava tinktur, zeliščnih izvlečkov itd.) in tekoča faza- ekstrakcija topljenca iz tekoče raztopine ekstraktant. Raztopino ekstrahirane snovi v ekstraktantu imenujemo ekstrakt, prvotna raztopina po ekstrakciji snovi iz nje pa se imenuje rafinat.

Za izračun učinkovitosti tekočefazne ekstrakcije uporabite enačbo

(3.31)

Kje X- delež neekstrahirane snovi v rafinatu;

V- volumen začetne raztopine;

Prostornina ekstraktanta;

TO- porazdelitveni koeficient

p- število ekstrakcij.

Kot je razvidno iz enačbe, več kot je ekstrakcij, manj snovi ostane v rafinatu, torej neekstrahirane, več snovi ekstrahira ekstragent. Učinkovitost ekstrakcije je v veliki meri določena z vrednostjo porazdelitvenega koeficienta: večji kot je koeficient v korist ekstragenta, učinkovitejša je ekstrakcija.

Ekstrakcija kovine v organsko fazo je možna le, če je topnost spojin te kovine v organskem topilu večja kot v vodi. V realnih sistemih kovina obstaja v obliki različnih spojin. Upoštevati je treba, da lahko med ekstrakcijo nastanejo oblike, ki jih v prvotni raztopini ni bilo. Zato je najprej treba ugotoviti, v kakšni obliki je kovina ekstrahirana in kakšna je njena topnost. Topnost katere koli spojine je odvisna od številnih dejavnikov: narave snovi, temperature in tlaka. Običajno se kemično podobne snovi bolje topijo druga v drugi kot v snoveh drugačne strukture. Hkrati pa podobnosti ne smemo razumeti preozko, saj pogosto zadostuje prisotnost v molekulah enakih ali podobnih skupin po obnašanju. Molekule topil vstopajo v energijske interakcije z raztopljenimi molekulami, predvsem elektrostatične, saj imajo molekule večine topil električne dipolne momente.

Eden od pogojev za ekstrakcijo je nevtralizacija naboja. Naelektrene spojine ne morejo preiti v organsko topilo. Kovinske ione v raztopini je treba pretvoriti v nenaelektren kompleks ali v ionski asociat z ustreznim ionom nasprotnega naboja. Velikost ionskega naboja igra pomembno vlogo pri ekstrakciji ionskih asociatov. Pri tem se v organsko fazo najbolje ekstrahirajo enonabiti ioni, slabše pa dvo- in predvsem trojno nabiti ioni. Poleg tega mora biti ekstrahirana spojina hidrofobna in ne sme vsebovati hidrofilnih skupin, kot so hidroksilne ali karboksilne skupine.

Ekstrakcija kot kemijska reakcija (osnovne zakonitosti in kvantitativne značilnosti).

Osnovne kvantitativne značilnosti procesov ekstrakcija

Ekstrakcija kot metoda ločevanja se že dolgo uporablja v analizni kemiji in kemijski tehnologiji, zato so teoretične osnove te metode dolgo časa ostale neraziskane. Zlasti glavne kvantitativne značilnosti ekstrakcijskih procesov dolgo časa niso bile raziskane, kar je bila vsekakor ovira za široko uvedbo ekstrakcije v prakso. Za izračun količine snovi, ki se ekstrahira z organskimi topili, je treba poznati konstanto in porazdelitveni koeficient, stopnjo ekstrakcije itd.

M. Berthelot in J. Jungfleisch sta bila prva raziskovalca, ki sta leta 1872 na podlagi eksperimentalnih podatkov pokazala, da je razmerje med ravnotežnimi koncentracijami snovi, porazdeljene med dve tekoči fazi, konstantno. To razmerje je termodinamično izpeljal W. Nernst, ki je leta 1891 formuliral porazdelitveni zakon.

Po porazdelitvenem zakonu se snov, raztopljena v dveh tekočinah, ki se ne mešata ali omejeno mešata, porazdeli med njima v stalnem razmerju. To razmerje je za idealne sisteme odvisno samo od temperature in narave snovi in ​​ni odvisno od koncentracije. Porazdelitveni zakon velja samo, če je snov, ki se porazdeli v obeh fazah, v enaki obliki.

Konstanta distribucija snovi. Stalna količina, ki izraža odnos koncentracije razdeljen snovi, ki se nahaja v obeh fazah (po nastopu ravnovesje) v enaki obliki se imenuje konstantna distribucije:

P 0 = [A] 0 / [A] B (1)

kjer je R o - konstantna porazdelitev: [A] o -koncentracija snovi v organski fazi topilo, Krt/l; [A] B - koncentracija snovi v vodni fazi, Krt/l.

Magnituda konstante porazdelitev je odvisna od narave porazdelitve snovi, sestava in lastnosti uporabljenega ekstragenta, temperatura, kjer se proizvaja ekstrakcija. to konstantna ni odvisen od ravnovesja koncentracije izvlečna snovi in prostornine vodne in nevodne faze.

Koeficient porazdelitve. Pri izračunu konstante distribucija snovi v skladu s formulo (1) morate biti prepričani, da porazdeljena snov v obeh fazah je v enaki obliki (v istem molekulskem stanju). Vendar v mnogih ekstrakcijskih sistemih zgornji pogoj ni izpolnjen. V eni od tekočih faz se lahko pojavi disociacija, združenje, raztopina, hidroliza razdeljen snovi, tvorba kompleksov itd. Za izračune ekstrakcije ravnovesja v takih sistemih oblika obstoja ni upoštevana snovi v vsaki fazi in samo razmerje skupnih (analitičnih) koncentracije razdeljen snovi v obeh fazah.

Vklopljeno osnova določitev skupnega koncentracije ni mogoče izračunati konstantna, in podan porazdelitveni koeficient snovi v uporabljenem sistemu topila (vodo- organsko topilo). Porazdelitveni koeficient je razmerje skupne analitične koncentracije snovi v organski fazi topilo do celotnega analitičnega koncentracije to snovi v vodni fazi (brez upoštevanja oblike, v kateri je snov v vsaki fazi):

D = C 0 / C B (2)

kjer je D porazdelitveni koeficient; C približno - popolna analitičnost koncentracija snovi v organski fazi topilo, Krt/l; C B - skupni analitični koncentracija snovi v vodni fazi, Krt/l.

stopnja ekstrakcija. stopnja ekstrakcija(odstotkov ekstrakcija) je razmerje med količino ekstrahiranega snovi na skupni (začetni) znesek le-tega snovi v vodi rešitev:

R = A 100 / N (3)

kjer je R stopnja ekstrakcija snovi, %; A - količina snovi, ki je bil ekstrahiran z organskimi topilo; N - skupna (začetna) količina snovi v vodi rešitev.

Razvrstitev ekstrakcijskih procesov.

Sistemi ekstrakcije so zelo raznoliki. Upoštevana je klasifikacija ekstrahiranih spojin glede na vrsto spojine, ki prehaja v organsko fazo. Razvrstitev po tem merilu je predlagal Zolotov Yu.A.:

Ekstrakcija nepolarnih in nizkopolarnih snovi,

Ekstrakcija kompleksnih kovinskih kislin,

Ekstrakcija intrakompleksnih spojin (ICC).

VKS nastanejo med interakcijo kovinskih katonov z organskimi

reagentov, katerih ena od aktivnih skupin mora vsebovati mobil

atom vodika zamenjan s kovino med tvorbo kompleksa, drugič

(tretja itd.) je lahko tudi kisla ali pogosteje bazična.

Na ekstrakcijo VKS vplivajo dejavniki in parametri, kot so kislost vodne faze, koncentracija reagenta, konstante porazdelitve in disociacijske konstante reagenta, konstante stabilnosti in konstante porazdelitve kompleksa, konkurenčne reakcije v vodni raztopini. faza, prisotnost elektrolitskih soli, koncentracija elementov, temperatura in topilo.

Primerna je tista klasifikacija, ki upošteva vrsto spojine, v kateri ekstrahirani element prehaja v organsko fazo. Poleg tega lahko vse spojine razdelimo v dve veliki kategoriji - neionizirane spojine in ionske asociate. Te spojine se ne razlikujejo le po kemični sestavi, ampak tudi po mehanizmu njihovega nastanka in prehoda v plast organskega razredčila. Nekateri od njih že obstajajo ali so pretežno oblikovani v vodni raztopini, zato se za njihovo ekstrakcijo običajno uporabljajo čista razredčila. Drugi, nasprotno, nastanejo med samim postopkom ekstrakcije zaradi interakcije reagenta, ki se nahaja v organski fazi, s kovinskimi kationi, ki jih vsebuje vodna raztopina.

Obravnavana klasifikacija ekstrakcijskih produktov nam omogoča identifikacijo določenih skupin ekstraktantov in topil, ki so si podobni po elektronski strukturi in naravi elektronske interakcije v ekstrakcijskih sistemih. Glede na to klasifikacijo lahko ekstraktante razdelimo v tri skupine:

1. Ogljikovodiki: nasičeni alifatski (heksan, oktan), nenasičeni alifatski (penten, heksen), aromatski (benzen, toluen).

2. Spojine, katerih molekule vsebujejo eno funkcionalno skupino atomov: alkoholi, etri, estri, ketoni, nitro spojine, halogenski derivati ​​ogljikovodikov (kloroform, ogljikov tetraklorid, klorobenzen), spojine, ki vsebujejo žveplo (ogljikov disulfid, tiofen).

3. Spojine, ki vsebujejo več kot eno funkcionalno skupino atomov: dietilditiokarbamati, 8-hidroksikinolin itd.

Možnosti praktične uporabe ekstrakcije.

Ločevanje zmesi elementov se izvaja predvsem z uporabo selektivnih ekstraktantov. Na primer, živega srebra in bizmuta v obliki ditizonatov ni težko ločiti od cirkonija in aluminija, saj niti cirkonij niti aluminij sploh ne reagirata z ditizonom. Bolj tipičen primer je, ko so skupni elementi načeloma vsi ekstrahirani, vendar ne enako. V tem primeru se uporabi druga tehnika ločevanja, ki temelji na različnih koncentracijskih pogojih: pH, koncentracijah komponent sistema, vključno z ekstraktom. Ločevanje dosežemo tudi s spreminjanjem oksidacijskega stanja elementov. Na primer, pri ločevanju galija in železa z amini je učinek dosežen z redukcijo železa v dvovalentno stanje, ki ga ni mogoče ekstrahirati. Galij nato preide v organsko fazo. Za izboljšanje ločevanja med ekstrakcijo se v vodno fazo dodajo maskirna sredstva.

Ekstrakcija se pogosto uporablja v kemiji, rafiniranju nafte, živilski, metalurški, farmacevtski in drugih industrijskih področjih, pa tudi v analizni kemiji in kemični sintezi.

Zaključek.

Področja uporabe ekstrakcije se hitro širijo. Trenutno lahko imenujemo analitično kemijo, radiokemijo, jedrsko tehnologijo, tehnologijo barvnih in redkih kovin. Poleg tega je treba opozoriti na velik pomen ekstrakcije za preparativne in analitične namene v znanstvenih raziskavah, na primer pri proučevanju kompleksnih procesov nastajanja in stanja snovi v raztopinah. Razvoj ekstrakcijskih metod je dosegel tolikšno stopnjo, da je sedaj mogoče z uporabo določenih ekstrakcijskih sistemov ali izbiro ustreznih ekstrakcijskih pogojev ekstrahirati kateri koli element ali ločiti kateri koli par elementov. Za napovedovanje ekstrakcijske sposobnosti različnih spojin se uporabljajo dosežki termodinamike, koordinacijske kemije, teorije raztopin in organske kemije. Zato študij ekstrakcijskih sistemov prispeva k razvoju kemije nasploh.

Literatura

Zolotov Yu.A. Ekstrakcija v anorganski analizi. M.: Založba Moskovske državne univerze, 1988. 82 str.

Zolotov Yu.A. Ekstrakcija znotrajkompleksnih spojin. M.: Nauka, 1968. 313 str.

www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/790.html

Naloga

Napišite enačbe za anodne in katodne procese ter splošne enačbe za elektrolizo raztopine in taline natrijevega klorida. Katere snovi bodo nastale, če postopek poteka z mešanjem? Napišite reakcijsko enačbo, sestavite elektronsko-ionsko ravnovesje. Koliko časa traja elektroliza s tokom 2000 A, da dobimo 5 kg natrija, trenutni izkoristek je 87%? Koliko litrov klora se bo sprostilo? Izračunajte izotonični koeficient 15 % raztopine natrijevega klorida, če zmrzne pri -10,4 o C, in njeno stopnjo disociacije.

K(-): Na + +е=Na 0 - oksidant

A(+): 2Cl - – 2е= Cl 2 - reducent

2Na + + 2Cl - = 2Na + Cl 2

K(-): 2H 2 O +2е= H 2 +2 OH - - oksidant

A(+): 2Cl - - 2е = Cl 2 - reducent

2H 2 O + 2NaCl = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Z mešanjem: Cl 2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H 2 O

Postopek ekstrakcije lahko skoraj vedno opišemo kot običajno, čeprav dvofazno kemično reakcijo. Reakcije ekstrakcije so skoraj vedno reverzibilne, zato lahko za procese ekstrakcije uporabimo zakon delovanja mas. Možno je govoriti o ravnotežni konstanti ekstrakcijske reakcije, ki se v tem primeru imenuje ekstrakcijska konstanta. Postopek ekstrakcije snovi, ki lahko disociirajo, lahko predstavimo na naslednji način:

Podnapisi označujejo organsko (o) in vodno (a) fazo. Organski reagent (HA) je topen v organskem topilu. Koncentracijska ravnotežna konstanta te reakcije (ekstrakcijska konstanta - Kex)

Izraz za ekstrakcijsko konstanto lahko zapišemo le, če je znana sestava ekstrahirane spojine prvotnih komponent. Poleg zakona o masnem delovanju je za ekstrakcijske sisteme uporabljiv zakon porazdelitve, po katerem je pri konstantni temperaturi in tlaku razmerje ravnotežnih koncentracij snovi v dveh fazah, ki se ne mešata, konstantna vrednost, neodvisna od skupne koncentracije snovi. Ta količina se imenuje porazdelitvena konstanta:

kjer sta [A]о in [A]в ravnotežni koncentraciji snovi v organski in vodni fazi. Vendar je ekstrahirana snov običajno prisotna v različnih oblikah. Spojine lahko sodelujejo v različnih kemičnih transformacijah: kompleksacija, hidroliza, polimerizacija, disociacija itd. V zvezi s tem razmerje skupnih koncentracij snovi v organski in vodni fazi ni konstantno. Za vsako posamezno obliko snovi mora biti izpolnjen porazdelitveni zakon, to je [A]o / [A]b = . Iz tega sledi, da so potrebne kvantitativne značilnosti, ki bi jih lahko izmerili v neposrednem poskusu. To je predvsem porazdelitveni koeficient D, ki je razmerje med celotno koncentracijo snovi v organski fazi in njeno celotno koncentracijo v vodi:

Vrednost D se lahko izračuna z določitvijo katere koli ustrezne metode koncentracije in. Pri pridobivanju kovin se v ta namen uporabljajo metode atomske emisijske in atomske absorpcijske spektrometrije, voltametrije, spektrofotometrije in metode radioaktivnih indikatorjev. Za razliko od porazdelitvene konstante pri porazdelitvenem koeficientu ni zahteve po konstantnosti in enakosti oblik obstoja snovi v splošnih fazah in ni zahteve po ravnovesju sistema.

Porazdelitveni koeficient lahko zapišemo tudi na naslednji način

Porazdelitveni koeficient opisuje sposobnost ekstrakcije snovi, ne določa pa dejanske popolnosti ekstrakcije, ki je odvisna od razmerja volumnov organske in vodne faze. Pri enakem porazdelitvenem koeficientu, bolj ko je snov ekstrahirana, večji je volumen organske faze (pri konstantnem volumnu vodne). Delež ekstrahirane snovi je izražen s stopnjo ekstrakcije:

kjer je R stopnja ekstrakcije snovi iz vodne faze v organsko fazo; Cw in Co - količina snovi v organski in vodni fazi. Stopnja izterjave je največkrat izražena v odstotkih.

kjer sta Vo in Vv prostornini organske in vodne faze. V primeru enakosti faznih volumnov (Vо = Vв) dobimo

Za dobro ločevanje ni dovolj, da je koeficient ločevanja visok. Prav tako je potrebno, da je produkt njihovih porazdelitvenih konstant blizu enote. V praksi se uporablja tudi faktor koncentracije (S AB):

Pomembni dejavniki, ki vplivajo na ekstrakcijo, vključujejo kontaktni čas faze. Praktični pomen vprašanja je povezan predvsem z dejstvom, da v mnogih ekstrakcijskih sistemih ravnovesje ni doseženo takoj. Hitrost ekstrakcije je odvisna od hitrosti kemijskih reakcij, ki potekajo v sistemu, zlasti od hitrosti prenosa mase snovi med obema fazama. V tem primeru je za pospešitev ekstrakcije potrebno uporabiti različne dejavnike. Če je prenos mase najpočasnejši, je treba povečati hitrost mešanja faz. Na hitrost kemijskih reakcij lahko vplivamo s povečanjem koncentracij medsebojno delujočih komponent, zatiranjem motečih reakcij, kot sta hidroliza in polimerizacija.

Tako je v praksi pri razvoju ekstrakcijskih metod potrebno preučiti hitrost reakcije. Če želite to narediti, morate nastaviti čas za dosego ravnovesja. To se običajno izvede z uporabo kinetičnih krivulj, na primer odvisnosti porazdelitvenega koeficienta od časa faznega stika (slika 1). Preučevanje odvisnosti stopnje ekstrakcije od časa faznega stika morda ne bo zagotovilo pravilnih informacij o vzpostavitvi ravnovesja, če so porazdelitveni koeficienti dovolj visoki, kot je razvidno iz sl. 2. Čeprav se porazdelitveni koeficienti še naprej povečujejo, kar pomeni, da ni ravnovesja, je stopnja obnovitve 100 % in lahko se zdi, da je sistem v ravnovesju.

riž. 1.

riž. 2.

Eno izmed zanimivih vprašanj v teoriji ekstrakcije je vprašanje, kje ekstrahirana spojina nastane - v vodni fazi, v organski fazi ali na njuni meji. To je lahko različno v različnih sistemih, vendar preučevanje stopnje ekstrakcije, na primer z različnimi topili, nam omogoča, da rešimo to težavo.

Ena od rešitev je lahko proučevanje kinetike ekstrakcije znotrajkompleksnih spojin z različnimi topili. Topila morajo biti izbrana tako, da se porazdelitvene konstante reagenta () v njih razlikujejo. Pogoji ekstrakcije morajo biti takšni, da je hitrost kemijske interakcije kinetično odločilna. V tem primeru morata biti pH in koncentracija reagenta enaka. Če spojina nastane v vodni fazi, večja kot je ravnotežna koncentracija organskega reagenta v vodni fazi, višja je stopnja ekstrakcije. Nižja, večja je koncentracija. Z drugimi besedami, manj kot je ekstrakt topen v organskem topilu, večja je stopnja ekstrakcije. Če spojina nastane na meji, potem bolje kot je reagent topen v organskem topilu, večja bo stopnja ekstrakcije. Tvorba spojine v organski fazi je komaj mogoča, saj mora ekstrahirani element preiti v organsko topilo na drug način.

Članek podaja primerjalni opis ekstrakcijskih lastnosti nekaterih polarnih organskih topil (etilenglikol, DMF, DMSO, acetonitril) in ionskih tekočin (N-metilbutilimidazolijev acetat in N-butilpiridinijev tetrafluoroborat). Uvod opisuje prednosti ionskih tekočin kot topil - praktično ničelni parni tlak in izjemno nizka topnost v alifatskih ogljikovodikih. In ker večina ionskih tekočin vsebuje organski kation, ki je sposoben koordinirati delce, ki oddajajo elektrone, jih je mogoče uporabiti kot ekstrakcijo polarnih in organskih snovi, ki oddajajo elektrone. V tem delu smo proučevali večkomponentno standardno raztopino PAH. Ločili smo jih s HPLC. Vrednost konstante porazdelitve snovi P smo izračunali po naslednji formuli

kjer je in površina vrha v kromatogramu ravnotežne oktanske raztopine in začetnega kromatograma;

in - prostornine polarnih in oktanskih faz.

Ugotovljeno je bilo, da se konstanta porazdelitve zmanjšuje z naraščajočim številom aromatskih obročev.

Kljub vsem prednostim je uporaba ionskih tekočin za ekstrakcijo PAH neracionalna, saj so po lastnostih slabše od DMF in DMSO. DMF in DMSO se pogosto uporabljata pri ekstrakciji. V svojih molekulah imajo centre s pomanjkanjem elektronov, kar prispeva k učinkoviti solvaciji molekul PAH. Posledično pride do p-kompleksiranja in solvatacije jedrskih protonov. Zaradi te lastnosti se DMF in DMSO uporabljata za čiščenje različnih ekstraktov.

Na učinkovitost ločevanja vpliva tudi dodajanje soli. Delo preučuje pridobivanje aromatskih ogljikovodikov. Za preučevanje ekstrakbilnosti PAH pri 293 K so proučevali ekstrakcijske sisteme, kot je n-heptan - raztopina N,N"-butilmetilimidazolijevega klorida v metilnem alkoholu s koncentracijo organskih soli 1, 2, 3, 4, 5 mol/l. Povečanje koncentracije N,N klorida poveča strukturo polarne faze (prirast metilenske skupine se poveča za približno 0,1 enote). PAH so se obnašali takole. Z večanjem koncentracije soli pride do pomembnega padca porazdelitvenih konstant aromatskih ogljikovodikov. V tem primeru se porazdelitvene konstante arenov z več obroči najmočneje zmanjšajo, niz ekstrakbilnosti ogljikovodikov z naraščajočim številom aromatskih obročev (več obročev, manjše so porazdelitvene konstante) pa ustreza nizu za najbolj aktivne in selektivne. topila aromatskih ogljikovodikov - DMF in DMSO.

Opaženi učinki so po eni strani posledica specifičnih učinkov solvatacije med soljo in areni, ki jih lahko povzroči p-kompleksiranje, vodikove vezi itd. in učinek izrivanja hidrofobnih ogljikovodikov s polarno fazo na drugi strani. Prisotnost dveh nasprotno usmerjenih učinkov pojasnjuje prisotnost šibko izraženih minimumov v odvisnosti porazdelitvenih konstant PAH od koncentracije N,N"-butilmetilimidazolijevega klorida v metilnem alkoholu.

Na podlagi rezultatov tega dela lahko sklepamo, da s povečanjem koncentracije N,N"-butilmetilimidazolijevega klorida v metilnem alkoholu pride do pomembnega povečanja razmerja porazdelitvene konstante n-heptana do porazdelitvenih konstant PAH, kar vodi do povečanja ločevalne zmogljivosti tega ekstrakcijskega sistema.

1. Nernstov porazdelitveni zakon

1. Nernstov porazdelitveni zakon

1. Nernstov porazdelitveni zakon

1. Nernstov porazdelitveni zakon

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

2. Ekstrakcija

Študenti 3. letnika Tehniške fakultete

Za opravljanje laboratorijskega dela

Pri fizikalni kemiji na temo:

»Zakon distribucije. Tekoča ekstrakcija"

CILJ DELA: študij postopka tekoče ekstrakcije enega glavnih procesov živilske tehnologije.

CILJ DELA: pridobitev praktičnih veščin izvajanja laboratorijskih raziskav, obdelave eksperimentalnih podatkov z analitičnimi in grafičnimi metodami.

UVOD

Eden od posebnih primerov trikomponentnih sistemov je naslednji: dve tekočini sta medsebojno netopni, tretja komponenta pa se lahko raztopi v obeh. Ko je v sistemu doseženo ravnotežje, se tretja komponenta porazdeli med dve nemešljivi tekoči fazi v določenem razmerju, ki ga kvalitativno označuje konstanta porazdelitve.

Najbolj znan primer uporabe porazdelitvenega zakona je ekstrakcija, to je ekstrakcija snovi iz raztopine z ustreznim topilom, ki se ne meša s prvim in hkrati raztopi ekstrahirano snov v večji količini kot prvi. Za mnoge organske snovi je tako topilo eter, za anorganske snovi pa voda. Za dokončanje ekstrakcije se ekstrahirana snov prenese v molekularno stanje, v katerem se nahaja v obeh fazah. Na primer, pri ekstrakciji šibke organske kisline je koristno zmanjšati stopnjo njene disociacije z dodajanjem mineralne kisline. V tem primeru se nedisociirane molekule organske kisline ekstrahirajo bolj popolno. Topnost organskih snovi v vodi se bistveno zmanjša v prisotnosti soli – učinek izsoljenja.

Ekstrakcija je eden najpogostejših procesov v kemični, farmacevtski, prehrambeni in drugih industrijah. Ekstrakcija se pogosto uporablja za pridobivanje eteričnih olj iz rastlinskih materialov in njihovo čiščenje. V vinarstvu se postopek ekstrakcije uporablja za pridobivanje surovin za proizvodnjo vermuta in predelavo grozdnih tropin.

JAZ.TEORETIČNI DEL

1.1. Zakon porazdelitve.

Če je snov topna v dveh nemešljivih tekočinah, potem ko je raztopljena v mešanici dveh takšnih tekočin, se porazdeli med njima v razmerju, ki ga določa Nernst-Shilov zakon:

Topilo je porazdeljeno med dve nemešljivi tekočini v konstantnem razmerju koncentracij, neodvisno od količine dodanega topljenca.

K=C1/C2(1), kjer sta C1 in C2 koncentraciji snovi v 1. in 2. topilu.

Zakon je izpolnjen pri konstantni temperaturi, zadostni razredčenosti raztopin in odsotnosti interakcije topljenca s topilom.

V realnih pogojih, ko se snovi raztapljajo, pride do procesov asociacije in disociacije molekul raztopljene snovi.

Primer 1. Snov je povezana v enem od topil zaradi tvorbe vodikovih vezi s tvorbo dimerjev:

Ali polimeri

Distribucijski zakon bo v tem primeru izgledal takole:

K=C1N/C2 ali 2)

Tukaj N=M1/M2– razmerje povprečnih molekulskih mas snovi v enem in drugem topilu.

Če transformiramo enačbo (2) in logaritemujemo, dobimo

Lg K = n lg C1 – lg C2 oz

Lg C2 = n lg C1 – lg K (3)

- to je neposredno razmerje LgC2 =F(LgC1)

Enačba vam omogoča grafično določanje N in TO iz eksperimentalnih podatkov.

Primer 2. V enem od topil (najpogosteje vodi) je snov disociirana, v drugem (organskem) pa je povezana.

Distribucijski zakon ima obliko:

A-stopnja disociacije.

Primer 1. Pri porazdelitvi fenola med vodo in benzenom so bili pridobljeni naslednji podatki:

C1(H2O), kmol/dm3 0,0316 0,123 0,327 0,750

C2(C6H6), kmol/dm3 0,0077 0,159 0,253 0,390

Izračunaj vrednost TO in N grafično.